鋼結構橋梁設計2

1、天津大學 鋼結構教研室門式剛架輕型鋼結構1.概述 體系構成及適用范圍主要承重骨架：門式剛架縱向支撐體系：屋面水平支撐、柱間支撐檁條和墻梁維護結構 ： 輕型屋面板/輕型墻面板結構體系剛架梁剛架柱柱間支撐屋面水平支撐檁條墻梁墻梁系桿抗風柱墻面板屋面板吊車梁1.概述 體系構成及適用范圍豎向荷載橫向水平荷載 縱向水平荷載*門式剛架是平面結構體系傳力途徑1.概述 體系構成及適用范圍 主要承重結構為單跨或多跨實腹門式剛架、具有輕型屋蓋和輕型外墻、無橋式吊車或有起重量不大于20t的A1A5工作級別橋式吊車或3t懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。適用范圍1.概述 門式剛架結構的特點 質量輕，用鋼量省： 荷載輕/材

2、料承載力高/變形能力強/變截面構件/獨特的支撐體系/利用薄壁構件屈曲后強度 結構布置靈活：不受模數限制 工業(yè)化程度高，施工周期短：全鋼結構 綜合經濟效益好；優(yōu)點1.概述 門式鋼架結構的特點 結構整體剛度小：整體工作前應防止構件變形 桿件壁薄，銹蝕及局部變形影響大； 制作、運輸及安裝要求高；缺點1.概述 應用和發(fā)展 單層工業(yè)廠房 超市 倉庫等 跨度9m 36m應用1.概述 應用和發(fā)展極限狀態(tài)的深入研究，避免特殊荷載下結構失效：雪荷載、風荷載進一步輕型化提高制作、安裝精度發(fā)展2.基本設計規(guī)定 設計方法 以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法 極限狀態(tài)的概念 承載能力極限狀態(tài) 正常使用極限狀態(tài) 2.基本設

3、計規(guī)定 設計方法非抗震設防地區(qū)：0SR/ERESR承載能力極限狀態(tài)抗震設防地區(qū)：2.基本設計規(guī)定 設計方法按荷載效應的標準組合計算變形柱頂側移：H/60;H/180;H/400 （多層層間H/400 ）受彎構件撓度： 主梁：L/180;L/240;L/400（鋼結構 L/400）正常使用極限狀態(tài)2.基本設計規(guī)定 材料選用 門式剛架、吊車梁：Q235B或Q345B以上 檁條、墻梁等：Q235或Q345；C或Z 屋面板、墻面板：Q2352.基本設計規(guī)定 荷載及荷載組合 永久荷載： 結構自重；屋面；吊掛荷載等 屋面活荷： 標準值 0.5kN/m2; (A60 m2時，0.3 kN/m2); 施工或檢

4、修集中荷載： 設計屋面板和檁條時，1.0 kN 2.基本設計規(guī)定 荷載及荷載組合雪荷載設置女兒墻時，應考慮女兒墻內側積雪積灰荷載與屋面活荷、雪荷載較大者同時考慮 吊車荷載2.基本設計規(guī)定 荷載及荷載組合風荷載：標準值0kszww 基本風壓：1.05；高度系數；體形系數*地震作用底部剪力法；阻尼比0.05；一般7度及以下，可不考慮地震作用2.基本設計規(guī)定 荷載及荷載組合目前兩種風荷載體型系數共存：建筑結構荷載規(guī)范/ 門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程美國金屬房屋制造商協(xié)會低層房屋體系手冊關于風荷載體型系數2.基本設計規(guī)定 荷載及荷載組合全國民用建筑工程設計技術措施2003(結構)第1816條規(guī)定：跨

5、高比Lh小于等于4的門式剛架應按“規(guī)范”(GB 500092001)計算風荷載標準值及體型系數，跨高比大于4時宜按“規(guī)程”(CECS 102：2002)取用。關于風荷載體型系數2.基本設計規(guī)定 荷載及荷載組合非地震組合： 1.2x永久荷載 + 0.9x1.4x（積灰荷載+max雪荷載，屋面活荷）+ 0.9x1.4x（吊車荷載+風荷載） 1.0 x永久荷載 + 1.4x風荷載 地震組合： 1.2x重力荷載代表值 + 1.3x水平地震作用2.基本設計規(guī)定 構造要求 構件壁厚 主剛架梁柱 t=4mm; 檁條、墻梁 t=1.5mm; 構件長細比 受壓構件 180/220 受拉構件 250/300/35

6、0/4003.結構體系及布置 結構體系門式剛架門式剛架的形式按跨數分單跨、雙跨、多跨及帶挑檐或毗屋按起坡分單脊單坡、單脊雙坡及多脊多坡梁柱剛接/搖擺柱3.結構體系及布置 結構體系門式剛架門式剛架的建筑尺寸：剛架跨度：936米剛架柱軸線間的距離；邊柱外翼緣對齊；剛架高度：4.59.0米,4米，一道/ S6米，兩道；斜拉條與剛性檁條拉接；屋面板和墻面板設計彩色鍍鋅或鍍鋁鋅壓型鋼板，t=0.4mm；夾心壓型復合鋼板；開孔洞后應適當加強；3.結構體系及布置 結構體系其它構件托架山墻墻架抗風柱吊車梁3.結構體系及布置 結構布置門式剛架的間距柱網軸線縱向距離，6/7.5/9/12米溫度區(qū)段長度伸縮縫間距離

7、，縱向300米/橫向150米伸縮縫做法：檁條(吊車梁等)連接螺栓用長圓孔設置雙柱3.結構體系及布置 結構布置支撐布置每個溫度區(qū)段應設置獨立、穩(wěn)定支撐系統(tǒng)；屋面水平支撐及柱間支撐位于同一柱間；支撐間距3045米； 間距應根據縱向柱距/縱向受力/安裝條件確定；4.作用效應計算 門式剛架內力分析分析假定變截面門式剛架可能幾個截面同時出現塑性鉸彈性分析方法等截面門式剛架彈性或塑性分析方法4.作用效應計算 門式剛架內力分析分析模型按平面結構進行內力分析主剛架平面模型按空間結構進行內力分析主剛架+支撐系統(tǒng)+屋、墻面體系（蒙皮效應）空間整體模型4.作用效應計算 門式剛架內力分析分析方法手算方法：超靜定結構體

8、系；結構力學力法/位移法；電算方法：有限元法/矩陣位移法/直接剛度法變截面構件分段近似為若干等截面單元/楔形單元4.作用效應計算 門式剛架內力分析控制截面/控制內力柱頂/柱底/梁端/梁跨中/牛腿控制內力組合：Nmax+M+VMmax+N+VNmin+M+V（錨栓抗拔）4.作用效應計算 門式剛架側移分析側移按彈性分析方法計算精確計算方法有限元法/矩陣位移法/直接剛度法近似計算方法增大側向剛度、減小側移的措施增大梁柱截面/剛接柱腳/梁柱剛接5.門式剛架構件設計 設計方法、設計過程彈性設計方法設計過程初選截面作用效應計算內力組合構件設計調整截面5.門式剛架構件設計 板件寬厚比 H形鋼受壓翼緣板寬厚比

9、123515ybtf H形鋼腹板高厚比235250wwyhtf5.門式剛架構件設計抗剪強度&板件失穩(wěn)腹板抗剪承載力dw wvVh t fhw - 腹板平均高度；hw60mm/mtw - 腹板厚度； 屈曲后強度5.門式剛架構件設計腹板屈曲后抗剪強度設計值0.81.41 0.64(0.8)wvwvff 0.8wvvff 1.4(1 0.275)wvwvff 屈曲后強度5.門式剛架構件設計反應腹板受剪時穩(wěn)定性的參數/37235/wwwyhtkf 屈曲后強度5.門式剛架構件設計板件在剪應力作用下的屈曲系數2/145.34/( /)wwa hka h2/15.344/( /)wwa hka ha 橫向加

10、勁肋間距；無加勁肋時5.34k 屈曲后強度5.門式剛架構件設計腹板屈曲后，按有效寬度計算截面特性 腹板受拉區(qū)全部有效 腹板受壓區(qū)有效寬度ewhh 有效寬度系數； 屈曲后強度5.門式剛架構件設計有效寬度系數0.81.21 0.9(0.8) 0.81 1.20.640.24(1.2) 屈曲后強度5.門式剛架構件設計反應腹板受壓時穩(wěn)定性的參數/28.1235/wwyhtkf 屈曲后強度5.門式剛架構件設計板件在正應力下屈曲系數2216(1)0.112(1)(1)k其中21/ 屈曲后強度5.門式剛架構件設計有效高度的分布5.門式剛架構件設計有效寬度的分布12102/(5)eeeeehhhhh 1200

11、.40.6eeeehhhh 屈曲后強度5.門式剛架構件設計 受彎構件 剪力V+彎矩M 壓彎構件 剪力V+彎矩M+軸力N 構件強度設計5.門式剛架構件設計 受彎構件 構件強度設計0.5deVVMM20.5()1(1) 0.5ddfefdVVVVMMMMV()ffwMAht f雙軸對稱截面5.門式剛架構件設計 壓彎構件 構件強度設計0.5/NdeeeeVVMMMNWA20.5()1(1) 0.5ddNNNfefdVVVVMMMMV()(/)NffwMAhtfN A雙軸對稱截面5.門式剛架構件設計 較大固定集中荷載作用處及翼緣轉折處 其它位置根據計算需要確定 利用腹板屈曲后抗剪強度時, a=hw2h

12、w 加勁肋應按軸心受壓構件驗算 N=P+Ns；計算長度hw 截面為加勁肋和兩側寬B腹板 構件橫向加勁肋設置15235/wyBtf5.門式剛架構件設計 截面高度線性變化的剛架柱 變截面柱平面內計算長度0hh 計算長度系數確定查表法-用于柱腳鉸接的剛架柱一階分析法二階分析法5.門式剛架構件設計 單跨剛架楔形邊柱 變截面柱平面內計算長度查表法11/cKIh20/(2)bKIs0hh 5.門式剛架構件設計 變截面柱平面內計算長度查表法5.門式剛架構件設計 多跨剛架楔形邊柱（中柱為搖擺柱） 變截面柱平面內計算長度查表法(/)1(/)lilififiPhPh 0hh 搖擺柱計算長度系數為1.05.門式剛架

13、構件設計 剛架柱平面內穩(wěn)定性 鋼結構規(guī)范壓彎構件平面內穩(wěn)定性0100011 (/)mxxeExxeNMfANNW2200/(1.1)ExeNEA 11 0.8(/ )mxxxxxExMNfAWN N5.門式剛架構件設計 剛架柱平面外穩(wěn)定性0101tyebeNMfAW0 0420020004320235()() ()4.4ysbxwyytA hWhfbb5.門式剛架構件設計 剛架柱平面外穩(wěn)定性010.023sflhA 010.00358wyli 00ysyli 5.門式剛架構件設計 平面內按壓彎構件計算強度 坡度1:5,軸力很小 平面外按壓彎構件計算穩(wěn)定 計算長度L：受壓翼緣最大側向支撐點間距

14、隅撐 L 35mm ） 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓bvvbvfdnN42bcbctfdN抗剪承載力設計值承壓承載力設計值btebtfdN42抗拉承載力設計值單個螺栓（承壓型高強螺栓）：6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓群設計：M/V/N（不是構件內力） 計算方法：端板塑性分析/端板彈塑性分析/端板剛性分析 上下翼緣兩側各布置兩對螺栓時，每個螺栓所受拉力可簡化計算為： 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓11/(4 )MtNMh6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓-端板節(jié)點設計高強螺栓221111VMNvttbbvtNNNNN1/1.2VbvcNN同時受剪

15、、受拉的螺栓應滿足相關公式為避免螺栓孔壁承壓破壞，螺栓所受剪力還應滿足6.門式剛架節(jié)點設計端板大小梁柱截面高強螺栓布置端板厚度 按端板塑性分析方法確定厚度不宜小于16mm 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計端板塑性分析方法 以螺栓拉力作用下端板屈服為極限狀態(tài)； 根據平衡原理進行計算； 端板的屈服線分布由端板支承條件及螺栓布置確定； 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計端板屈服線6.門式剛架節(jié)點設計端板塑性分析方法 以螺栓拉力作用下端板屈服為極限狀態(tài)； 根據平衡原理進行計算； 端板的屈服線分布由端板支承條件及螺栓布置確定；端板厚度應根據各區(qū)域支承條件計算 高強螺栓-

16、端板節(jié)點設計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計端板厚度計算公式懸臂類端板 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計無加勁肋類端板6.門式剛架節(jié)點設計端板厚度計算公式兩邊支承類端板，端板外伸時 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計兩邊支承類端板，端板平齊時6.門式剛架節(jié)點設計端板厚度計算公式三邊支承類端板， 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計6.門式剛架節(jié)點設計伸臂類端板厚度公式推導 高強螺栓-端板節(jié)點設計端板設計2ppTaM2/4pppyMbt f4tpyaNtbf6tpyaNtbf6.門式剛架節(jié)點設計伸臂類端板厚度公式推導6.門式剛架節(jié)點設計 高強螺栓-端板節(jié)點設計梁柱剛接節(jié)點域腹板抗剪驗算端板設計vf bc cMd

17、 d t 不滿足要求時，應加厚腹板或設置斜加勁肋6.門式剛架節(jié)點設計鉸接柱腳 無吊車，楔形邊柱 搖擺柱，等截面柱剛接柱腳 有吊車，等截面柱 柱腳節(jié)點鉸接柱腳剛接柱腳6.門式剛架節(jié)點設計柱腳底板大?。ˋ*B）：混凝土抗壓；厚度（t）：底板受彎；肋板連接焊縫 柱腳節(jié)點6.門式剛架節(jié)點設計 錨栓設計 材料：Q235/Q345; 直徑不小于24mm，雙螺帽； 錨固長度：設置彎鉤/錨板； 應考慮柱間支撐傳至柱腳的拉力； 單個錨栓的抗拉承載力： 柱腳節(jié)點btebtfdN426.門式剛架節(jié)點設計抗剪鍵設計錨栓不抗剪;剪力由摩擦力和抗剪鍵承擔; 柱腳節(jié)點6.門式剛架節(jié)點設計 搖擺柱與斜梁連接節(jié)點7.其它構件及

18、節(jié)點設計 檁條 墻梁 柱間支撐 屋面水平支撐 抗風柱隅撐7.其它構件及節(jié)點設計 檁條間距 根據屋面板跨度確定，1.5m左右 檁條截面形式 一般采用實腹式構件，C形和Z形冷彎薄壁型鋼； 跨度大于9m時，可采用格構式構件； 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計拉條/撐桿設置跨度4m，宜在跨中設置一道拉條/撐桿； 跨度6m，應在三分點各設置一道拉條/撐桿； 每道拉條/撐桿應通過斜拉條與剛性檁條連接；拉條由圓鋼制作，直徑=10mm；撐桿采用鋼管/鋼，按壓桿剛度選擇截面；拉條/撐桿盡量設在距檁條受壓翼緣1/3腹板高度范圍內； 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條為雙向受彎構件檁條可以設計為簡

19、支梁或連續(xù)梁檁條設計應考慮的荷載及荷載組合：1.2*永久+1.4*max（屋面活荷，雪荷）1.2*永久+1.4*施工檢修集中荷載1.0*永久+1.4*風荷載（吸力） 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條內力計算Mx,Vx:簡支梁（對接）/連續(xù)梁（搭接）My,Vy:拉條為側向支撐點，按簡支梁/連續(xù)梁不考慮荷載不均勻分布 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條截面驗算屋面板能阻止檁條的失穩(wěn)和扭轉時，僅需進行強度驗算 檁條及節(jié)點設計yxenxenyMMfWW截面特性均按有效凈截面計算7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條截面驗算屋面板不能阻止檁條的失穩(wěn)和扭轉時，應進行整體穩(wěn)定性驗算

20、 檁條及節(jié)點設計截面特性均按有效凈截面計算yxbxexeyMMfWW7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條截面驗算整體穩(wěn)定系數按GB50018的規(guī)定計算 檁條及節(jié)點設計2124320235()()bxyyxAhfW 22/aeh 20240.156()tyyIIlIhh I 7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條截面驗算 風吸力使檁條下翼緣受壓時，因根據屋面能否阻止上翼緣失穩(wěn)按規(guī)程附錄E驗算檁條穩(wěn)定性。 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計檁條設計檁條變形驗算：驗算垂直于屋面方向的撓度 檁條及節(jié)點設計41cos5 384kxqlvvEI檁條允許撓度: l/150; l/240; l/3607.其它構件

21、及節(jié)點設計檁條節(jié)點構造：對接節(jié)點 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計檁條節(jié)點構造：搭接節(jié)點 檁條及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計 墻梁間距 根據墻面板跨度確定，1.5m左右 墻梁截面形式 一般采用C形冷彎薄壁型鋼墻梁布置應考慮門窗設置的要求可以設置拉條減小墻梁豎向撓度 墻梁及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計 墻梁設計墻梁為雙向受彎構件水平風荷載+豎向永久荷載墻面板一般直接落地與基礎或防撞墻相連，此時豎向荷載僅包括墻梁自重。墻梁設計及節(jié)點構造參見檁條相關內容 墻梁及節(jié)點設計7.其它構件及節(jié)點設計 柔性柱間支撐 20圓鋼/交叉支撐/張緊裝置 剛性柱間支撐 型鋼，設有橋式吊車時采用 角度3060度/約45度；剛架較高時，可分層設置或采用其它形式的支撐或縱向剛架； 柱間支撐設計7.其它構件及節(jié)點設計柱間支撐的內力計算縱向荷載：風/吊車/地震計算模型：支承于柱腳基礎的懸臂桁架縱向荷載由多道柱間支撐共同分擔柱間支撐的截面驗算交叉支撐按拉桿設計非交叉支撐按壓桿設計 柱間支撐設計7.其它構件及節(jié)點設計屋面水平支撐一般為柔性支撐：